文献速递 | 万生昊天生物助力JACS高分研究：工程化非血红素铁酶实现非活化烯烃不对称氢化新突破

2026-07-10

文章信息

文章题目：

Engineered Nonheme Iron Enzymes Enable Asymmetric Hydrogenation of Alkenes

客户单位：

清华大学多学科生物医学研究院 / 北京生命科学研究所 / 南方科技大学化学系

期刊：Journal of the American Chemical Society（JACS）

影响因子（IF）: 15.6

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6c08443

引用产品：

PlusPAGE™, Bis-Tris 4-20%, 15 wells, 1.0 mm（Cat. #: PSB2001-420F）

研究背景

烯烃不对称氢化是制药合成中最核心的反应类型之一，但传统路径长期受制于贵金属催化剂与高压氢气环境。近年来，生物催化被视为绿色替代方案，然而天然烯还原酶（Ene-reductases）仅能作用于极化的缺电子烯烃，对非活化烯烃及简单苯乙烯类底物几乎束手无策。这一瓶颈使得大量结构简单的药物中间体仍依赖重金属催化与高压设备，绿色化学的落地亟需新酶平台的突破。

机制揭秘

研究团队以天然非血红素铁依赖双加氧酶 GOX（来源于 Gluconobacter oxidans）为出发骨架，通过多轮定向进化，成功创制了全新的人工烯烃氢化酶 AHase-6。

第一步：锁定起点

• 野生型 GOX 天然催化氨基酸侧链羟基化

• 初始氢化活性极低（转化率 2.8%，ee 值 17%）

第二步：定向进化改造

• 联合 FRISM 策略与分子动力学热点筛选

• 扫描 60 余个位点，构建 560 余个突变体

• 最终突变株 AHase-6 累计引入 16 个关键氨基酸置换

第三步：性能飞跃

• 转化率提升至 80%

• 对映选择性达 89% ee

• 兼容温和还原剂 NaBH₄，反应在常温、常压、无氧条件下高效进行

▲ Figure 2. Directed evolution of AHase variants for asymmetric alkene hydrogenation. a) Evolutionary trajectory of AHase-6 for the asymmetric hydrogenation of alkene 1e. Reactions using each variant were performed using the enzyme (200 μM, 2 mol %), ferrous gluconate (2 mol %),NaBH4 (0.42 M) with substrate 1e (10 mM) in Tris-HCl buffer (50 mM, pH 9.0) at 37 °C. b) Active-site configuration of a docking model obtained with substrate 1e and the AlphaFold3-predicted structure of wild-type GOX. Active-site residues adjacent to the substrate, as well as ironcoordinating residues, are shown as sticks. c) AlphaFold3-predicted structure of wild-type GOX highlighting all beneficial positions identified through directed evolution.

产业优势

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研究工具支持

在纯化蛋白检测的关键环节，研究团队为确保结果准确、条带清晰、批次稳定，选用了上海万生昊天生物技术有限公司研制的 Bis-Tris 体系预制胶 —— PlusPAGE™, Bis-Tris 4-20%, 15 wells, 1.0 mm（Cat. #: PSB2001-420F），为高质量蛋白电泳分析提供了可靠保障。

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▲Figure S1. SDS-PAGE analysis of the purified proteins used in this study. WT: wild-type GOX (Mw = 28.1 kDa); 1: AHase-1; 2: AHase-1.1; 3: AHase-2; 4: AHase-2.1; 5: AHase-2.2; 6:

AHase-3; 7: AHase-4; 8: AHase-4.1; 9: AHase-4.2; 10: AHase-5; 11: AHase-5.1; 12: AHase-6